JP7160108B2 - 受光モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、受光モジュールに関する。
光通信において受光モジュールが用いられている。受光モジュールにおいて、光ファイバからの光をレンズが受光素子の受光面に集光する（例えば、特許文献１参照）。
日本特開平１０－０１０３７３号公報
従来の受光モジュールでは、強い光が入力された場合に受光素子に光電流が過剰に流れ、発熱により受光素子が故障するという問題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は強い光が入力された場合でも受光素子が故障するのを防ぐことができる受光モジュールを得るものである。
本発明に係る受光モジュールは、受光素子と、光ファイバスタブを有するレセプタクルと、入射側曲面と、出射側曲面と、前記入射側曲面と前記出射側曲面の間に設けられた円筒部とを有するレンズと、前記レンズと前記光ファイバスタブが接触せず離れるように前記レセプタクルを保持するレセプタクルホルダとを備え、前記光ファイバスタブを出た光が前記入射側曲面から前記レンズに入ると前記レンズの内部で集光してから再び広がり、前記出射側曲面から出た光が前記受光素子の受光面に集光され、前記レンズの前記入射側曲面と前記出射側曲面と前記円筒部がそれぞれ別の部品に分けられ、各部品と同じ屈折率を持つ接着剤で互いに貼り合わされて一体化され、前記円筒部の部品の温度に対する屈折率の変動量は前記入射側曲面の部品と前記出射側曲面の部品よりも大きいことを特徴とする。
本発明では、光ファイバスタブがレンズと接触せず離れるように保持され、レンズの入出射側にそれぞれ曲面が設けられている。光ファイバスタブを出た光が入射側曲面からレンズに入るとレンズの内部で集光してから再び広がり、出射側曲面から出た光が受光素子の受光面に集光される。ただし、強い光が入力された場合、レンズ内部の集光点周辺が加熱されて屈折率が変動することにより、レンズを出射した光の焦点位置がずれる。よって、受光素子の受光面に当たるビームが広がるため、受光素子に流れる電流密度が小さくなり、受光素子が故障するのを防ぐことができる。
実施の形態１に係る受光モジュールを示す断面図である。 実施の形態１に係るレンズを示す断面図である。 実施の形態２に係る受光モジュールを示す断面図である。 実施の形態２に係るレンズを示す断面図である。 実施の形態３に係るレンズを示す上面図である。 実施の形態４に係る受光モジュールを示す断面図である。 実施の形態４に係るレンズを示す断面図である。
実施の形態に係る受光モジュールについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る受光モジュールを示す断面図である。ステム１の上に受光素子２が設けられている。リード３がステム１を貫通し受光素子２に接続されている。鏡筒４が受光素子２を覆っている。鏡筒４にはレンズ５が取り付けられている。
レセプタクル６は光ファイバスタブ７を有する。レセプタクルホルダ８は、レンズ５と光ファイバスタブ７が接触せず離れるようにレセプタクル６を保持する。レセプタクル６とレセプタクルホルダ８は、側面からの貫通ＹＡＧ溶接又は隅肉ＹＡＧ溶接により互いに固定されている。レセプタクルホルダ８と鏡筒４は、突き合わせ部分を側面からＹＡＧ溶接することにより互いに固定されている。
図２は、実施の形態１に係るレンズを示す断面図である。レンズ５は、入射側曲面９と、出射側曲面１０と、入射側曲面９と出射側曲面１０の間に設けられた円筒部１１とを有する。入射側曲面９と出射側曲面１０は曲率半径０．７５ｍｍの半球であるが、これに限らず非球面形状でもよい。円筒部１１の半径は０．７５ｍｍである。レンズ５の全長は５．９２ｍｍである。レンズ５はＢＫ－７など屈折率１．５の材料からなる。入射側曲面９と出射側曲面１０には反射防止膜（不図示）が設けられている。
本実施の形態では、光ファイバスタブ７がレンズ５と接触せず離れるように保持され、レンズ５の入出射側にそれぞれ曲面が設けられている。光ファイバスタブ７を出た光が入射側曲面９からレンズ５に入るとレンズ５の内部で集光してから再び広がり、出射側曲面１０から出た光が受光素子２の受光面に集光される。ただし、強い光が入力された場合、レンズ５内部の集光点周辺が加熱されて屈折率が変動することにより、レンズ５を出射した光の焦点位置がずれる。よって、受光素子２の受光面に当たるビームが広がるため、受光素子２に流れる電流密度が小さくなり、受光素子２が故障するのを防ぐことができる。
なお、レンズ５が発熱しやすくなるよう、光を吸収する金属イオンなどをレンズ５の材料にドープしてもよい。また、光ファイバスタブ７の出射端面は垂直研磨されている。この光ファイバスタブ７の出射端面からの反射戻り光が問題になる場合は、光ファイバスタブ７の出射端面に反射防止膜を設けてもよい。
実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係る受光モジュールを示す断面図である。図４は、実施の形態２に係るレンズを示す断面図である。入射側曲面９は曲率半径０．５ｍｍの半球である。出射側曲面１０は曲率半径０．７５ｍｍの半球である。円筒部１１の半径は１．５ｍｍ、全長は２ｍｍである。レンズ５はＴＡＦ３など屈折率１．８の材料からなる。出射側曲面１０の曲率中心は入射側曲面９の曲率中心に対してｘ方向に－０．１４ｍｍオフセットしている。ｘ方向は光軸に対して垂直方向である。
本実施の形態では、入射側曲面９と出射側曲面１０の曲率半径が異なり、曲率中心がずれている。光ファイバスタブ７の出射端面からの反射戻り光を防止するため、光ファイバスタブ７の出射端面は８°に研磨されている。この場合、レンズ５に対して光が斜めに入射する。この入射する光の角度に合わせて入射側曲面９と出射側曲面１０の曲率中心がオフセットしている。出射側曲面１０の曲率中心と円筒部１１の中心は一致している。従って、斜めから光が入る場合でも受光素子表面にビームが集光される。このように光が斜めに入射する場合にも実施の形態１と同様の効果が得られる。
実施の形態３．
図５は、実施の形態３に係るレンズを示す上面図である。光の入射側から見た平面視で入射側曲面９の半径よりも円筒部１１の半径が大きいと、入射側曲面９の外側にもレンズ５の入射側端面が存在する。この部分に光が入ると、入射側曲面９を介さずにレンズ５を通過した光を受光素子２が検知するため、誤った位置に光ファイバスタブ７を固定する恐れがある。そこで、本実施の形態では、レンズ５の入射側端面において入射側曲面９の外側にクロム等の材料で遮光コーティング１２を設けている。これにより、入射側曲面９から入った光だけがレンズ５から出射される。よって、受光モジュールを組み立てる際に光ファイバスタブ７の光軸調整の範囲が狭くなり光軸調整がしやすくなる。その他の構成及び効果は実施の形態２と同様である。
実施の形態４．
図６は、実施の形態４に係る受光モジュールを示す断面図である。図７は、実施の形態４に係るレンズを示す断面図である。レンズ５は４個の部品５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに分けられている。部品５ａは半径０．５ｍｍの半球であり、入射側曲面９に対応する。部品５ｂは半径１．５ｍｍ、厚み０．５ｍｍの円筒である。部品５ｃは半径０．５ｍｍ厚み１．５ｍｍの円筒である。部品５ｂ，５ｃは円筒部１１に対応する。部品５ｄは半径０．７５ｍｍの半球であり、出射側曲面１０に対応する。部品５ｄの中心は部品５ａの中心に対してｘ方向に－０．１４ｍｍオフセットしている。部品５ｄの中心と部品５ｂ，５ｃの中心は一致している。
このようにレンズ５の入射側曲面９と出射側曲面１０と円筒部１１がそれぞれ別の部品に分けられている。これらの部品は各部品と同じ屈折率を持つ接着剤で互いに貼り合わされて一体化されている。これにより、各部品の形状が単純になるためレンズ５を作製しやすくなる。部品５ｂのようにレンズ５の一部が横に飛び出した形状であれば、レンズ５を鏡筒４に取り付けやすい。
また、各部品はＴＡＦ３などの屈折率が１．８の材料からなり、室温における各部品の屈折率は同じである。ただし、円筒部１１の部品５ｂ，５ｃの温度に対する屈折率の変動量は入射側曲面９の部品５ａと出射側曲面１０の部品５ｄよりも大きい。従って、強い光を入れた時の円筒部１１の屈折率変動が大きく、受光素子２の受光面に当たるビームが広がりやすいため、受光素子２が故障するのを防ぐことができる。
また、内部で光が集光する円筒部１１の側面にくびれ１３が設けられている。従って、レンズ５の体積が小さくなるため、レンズ５を加熱するのに必要な熱エネルギーが小さくて済み、レンズ５の屈折率変動が起こり易くなる。また、熱が光の集光点から上下に伝わって入射側曲面９と出射側曲面１０での屈折率変動も起こりやすくなる。よって、受光素子２の受光面に当たるビームが広がるため、受光素子２が故障するのを防ぐことができる。その他の構成及び効果は実施の形態２と同様である。
２ 受光素子、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 部品、５ レンズ、６ レセプタクル、７ 光ファイバスタブ、８ レセプタクルホルダ、９ 入射側曲面、１０ 出射側曲面、１１ 円筒部、１２ 遮光コーティング、１３ くびれ

Claims (4)

  1. 受光素子と、
    光ファイバスタブを有するレセプタクルと、
    入射側曲面と、出射側曲面と、前記入射側曲面と前記出射側曲面の間に設けられた円筒部とを有するレンズと、
    前記レンズと前記光ファイバスタブが接触せず離れるように前記レセプタクルを保持するレセプタクルホルダとを備え、
    前記光ファイバスタブを出た光が前記入射側曲面から前記レンズに入ると前記レンズの内部で集光してから再び広がり、前記出射側曲面から出た光が前記受光素子の受光面に集光され、
    前記レンズの前記入射側曲面と前記出射側曲面と前記円筒部がそれぞれ別の部品に分けられ、各部品と同じ屈折率を持つ接着剤で互いに貼り合わされて一体化され、
    前記円筒部の部品の温度に対する屈折率の変動量は前記入射側曲面の部品と前記出射側曲面の部品よりも大きいことを特徴とする受光モジュール。
  2. 前記入射側曲面と前記出射側曲面の曲率半径が異なり、曲率中心がずれていることを特徴とする請求項１に記載の受光モジュール。
  3. 前記レンズの入射側端面において前記入射側曲面の外側に設けられた遮光コーティングを更に備えることを特徴とする請求項２に記載の受光モジュール。
  4. 前記円筒部の側面にくびれが設けられていることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の受光モジュール。
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